一种中性密度滤光片的制备方法
阅读：609发布：2021-06-09
专利汇可以提供一种中性密度滤光片的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 提供了本申请提供了一种中性 密度 滤光片的制备方法,包括如下步骤：根据所设滤光片的最大光密度值、最小光密度值和预设的膜台阶的数目确定每个膜台阶的预设光密度值；根据每个膜台阶的预设光密度值和 镀 膜 材料确定每个膜台阶的预设镀膜厚度；按照膜台阶的预设镀膜厚度由小到大逐级镀膜，在 基板 上形成膜台阶，在镀膜的过程中，用基板遮挡已经完成镀膜的膜台阶和不需要镀膜的区域，并且，每个台阶镀膜完成后都进行厚度检测和厚度控制的操作。采用上述制备方法，不需要制做特殊形状的遮 挡板 ，且能适用于多种形状的滤光片的制作，滤光片的 精度 高，可以用于感光材料灵敏度的测量。，下面是一种中性密度滤光片的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种中性密度滤光片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据所设滤光片的最大光密度值、最小光密度值和预设的膜台阶的数目确定每个膜台阶的预设光密度值；
根据每个膜台阶的预设光密度值和镀膜材料确定每个膜台阶的预设镀膜厚度；
按照膜台阶的预设镀膜厚度由小到大逐级镀膜，在基板上形成膜台阶，在镀膜的过程中，用基板遮挡已经完成镀膜的膜台阶和不需要镀膜的区域；
每个膜台阶的镀膜完成后，测量对应膜台阶的光密度值，并与对应膜台阶的预设光密度值进行比对：
当测量的所述光密度值大于对应膜台阶的预设光密度值的时候，采用霍尔离子源用氩离子束轰击减薄对应膜台阶的实际镀膜厚度；
当测量的所述光密度值小于对应膜台阶的预设光密度值时，进行二次镀膜。
2.根据权利要求1所述的中性密度滤光片的制备方法，其特征在于，所述镀膜采用电子束蒸发式镀膜、磁控溅射式镀膜或者电阻阻蒸式镀膜。
3.根据权利要求1所述的中性密度滤光片的制备方法，其特征在于，所述镀膜材料为Ni80Cr20。
4.根据权利要求1所述的中性密度滤光片的制备方法，其特征在于，所述基板的材质为超白玻璃。
5.一种中性密度滤光片，其特征在于，所述中性密度滤光片包括基片和镀膜层，所述镀膜层固结在所述基板的表面上，所述镀膜层包括多个逐级递增的膜台阶。
6.根据权利要求5所述的中性密度滤光片的制备方法，其特征在于，所述镀膜层的镀膜材料为Ni80Cr20。
7.根据权利要求5所述的中性密度滤光片的制备方法，其特征在于，所述基板的材料为超白玻璃。
一种中性密度滤光片的制备方法
技术领域
[0001] 本申请涉及中性密度滤光片的技术领域，尤其涉及一种中性密度滤光片的制备方法。
背景技术
[0002] 中性密度滤光片，又叫中性密度衰减片，中性密度滤光器、中性密度滤光镜，是在较宽的光谱范围内对光能量进行同比例的均匀衰减的分光光学元件，是利用物质对光的吸收特性，制成片状，放在光路上，可以对光信号起到衰减调节作用。广泛应用于各类对光能量衰减有特殊要求的仪器和实验中。这种片状的光学元件也称为光学衰减片或中性密度滤光片。
[0003] 在中性密度滤光片的制造行业中，滤光片分为透射式与反射式，包括固定式密度滤光片，线性渐变密度滤光片，阶梯型渐变密度滤光片。滤光片对光的吸收与材料有关也与材料的厚度有关。金属钨与金属钯的薄膜在可见光至近红外区域拥有很好的中性度，但是由于其熔点太高不好制备光学薄膜，一般不选择这两种薄膜。
[0004] 中性密度滤光片广泛应用于各种光学系统如医疗设备光探测器，临床生化分析设备，电子显像系统以及感光材料灵敏度测量系统等，因此人们也希望其光密度值更加精确，中性度更加良好。薄膜厚度与光密度值直接相关，但是由于镀膜设备中石英晶振传感器的膜厚监视存在系统误差，膜厚控制存在10％的不确定度，镀制的滤光片的薄膜厚度与光密度都与设计值有一定的偏差，对于高精度光学器件，一种新的膜厚控制方法有待提出。发明内容
[0005] 鉴于目前中性密度滤光片的制备方法存在的上述不足，本申请提供一种高精度中性密度滤光片的制备方法，该制备方法通过霍尔离子源轰击的方法控制薄膜的厚度，可以制备高精度的中性密度滤光片。
[0006] 为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
[0007] 一种中性密度滤光片的制备方法，包括如下步骤：
[0008] 根据所设滤光片的最大光密度值、最小光密度值和预设的膜台阶的数目确定每个膜台阶的预设光密度值；
[0009] 根据每个膜台阶的预设光密度值和镀膜材料确定每个膜台阶的预设镀膜厚度；
[0010] 按照膜台阶的预设镀膜厚度由小到大逐级镀膜，在基板上形成膜台阶，在镀膜的过程中，用基板遮挡已经完成镀膜的膜台阶和不需要镀膜的区域；
[0011] 每个膜台阶的镀膜完成后，测量对应膜台阶的光密度值，并与对应膜台阶的预设光密度值进行比对：
[0012] 当测量的所述光密度值大于对应膜台阶的预设光密度值的时候，采用霍尔离子源用氩离子束轰击减薄对应膜台阶的实际镀膜厚度；
[0013] 当测量的所述光密度值小于对应膜台阶的预设光密度值时，进行二次镀膜。
[0014] 采用同种镀膜材料，根据每个膜台阶预设镀膜厚度的不同，按照由小到大的顺序，对每个膜台阶进行逐个镀制。在镀制的过程中，为了防止镀制后面的膜台阶对前面已经镀好的膜台阶或者不需要镀膜的膜台阶产生影响，我们用普通的遮挡板对已经镀好的膜台阶或者基板上不需要镀膜的区域进行遮挡。例如，当第一个膜台阶的预设镀膜厚度为0时，则用遮挡板遮挡第一膜台阶的区域，对基板的其它区域进行镀膜。当其它镀膜区域的厚度达到第二个膜台阶的预设镀膜厚度时，再用遮挡板遮挡住第一个膜台阶和第二个膜台阶，对基板上剩下的区域进行镀膜，直至基板上剩下的区域的镀膜厚度为第三个膜台阶的镀膜厚度，以此类推，逐级完成所有台阶的镀膜。所述遮挡板的形状与被遮挡区域的形状一致，可以时矩形的，圆形的，也可以是其它的形状。在具体的镀膜过程中，存在多种影响因素，镀膜机在对应膜台阶镀膜的实际薄膜厚度与预设薄膜可能存在偏差，通过测量每个膜台阶的实际光密度值，并与之与预设的光密度值进行比较，如果存在偏差，及时调整，可以使误差小于±0.01，转换成厚度误差约为0.3nm，与一个原子层的厚度相当。本申请将整个滤光片分为多个局部区域，然后分别对每个局部区域的光密度值进行精确的控制，使性密度滤光片的精度更高，且便于操纵。
[0015] 优选的，所述镀膜材料为Ni80Cr20。Ni80Cr20是一种镍铬质量比例为8：2的镍铬合金，金属镍在可见区域长波长区域拥有良好中性度，而金属铬在长短波区域拥有良好中性度，所以采用一种镍铬质量比8：2的镍铬合金(Ni80Cr20)作为膜料镀制中性密度滤光片，所得滤光片可以在波长范围为300nm-900nm的光谱内只减弱光线而对原物体的颜色不产生任何影响。。
[0016] 优选的所述基板的材质为超白玻璃。易得，且光学性能好。
[0017] 本申请还提供了一种中性密度滤光片，所述中性密度滤光片包括基片和镀膜层，所述镀膜层固结在所述基板的表面上，所述镀膜层包括多个逐级递增的膜台阶，多个所述膜台阶使所述滤光片的透射率满足预设的渐变规律。多个所述膜台阶可以采用上述方法镀制。
[0018] 优选的，所述镀膜层采用的镀膜材料为Ni80Cr20。
[0019] 优选的，所述基板的材料为超白玻璃。
[0020] 本申请实施的优点：本申请提供了一种中性密度滤光片的制备方法,包括如下步骤：根据所设滤光片的最大光密度值、最小光密度值和预设的膜台阶的数目确定每个膜台阶的预设光密度值；根据每个膜台阶的预设光密度值和镀膜材料确定每个膜台阶的预设镀膜厚度；按照膜台阶的预设镀膜厚度由小到大逐级镀膜，在基板上形成膜台阶，在镀膜的过程中，用基板遮挡已经完成镀膜的膜台阶和不需要镀膜的区域，并且，每个台阶镀膜完成后都进行厚度检测和厚度控制的操作。采用上述制备方法，不需要制做特殊形状的遮挡板，且能适用于多种形状的滤光片的制作，滤光片的精度高，可以用于感光材料灵敏度的测量。附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本申请实施例所述的一种中性密度滤光片的制备方法的流程图；
[0023] 图2为本申请实施例所述的一种中性密度滤光片的制备方法中基板画好刻度线的结构示意图；
[0024] 图3为本申请实施例所述的一种中性密度滤光片的制备方法中第一膜台阶遮挡板的结构示意图；
[0025] 图4为本申请实施例所述的一种中性密度滤光片的制备方法中第二膜台阶遮挡板的结构示意图；
[0026] 图5为本申请实施例所述的一种中性密度滤光片的制备方法制备的中性滤光片的实物图。
[0027] 图6为本申请所述的一种中性密度滤光片的制备方法制备的中性密度滤光片在340nm～900nm的波长范围内的滤光光谱示意图。
具体实施方式
[0028] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029] 以下具体实施过程中使用的设备和试剂如下：镀膜机为ZZS800型e型电子枪蒸发式镀膜机，密度计为TD210透射式黑白密度计，基片为裁剪成220mm*100mm的超白玻璃片，牌号：肖特B270，镀膜材料采用镍铬合金Ni80Cr20，乙醚的规格为分析纯乙醚。
[0030] 如图1所示，本申请提供了一种中性滤光片的制备方法，包括如下步骤：
[0031] 步骤S1:根据所设滤光片的最大光密度值、最小光密度值和预设的膜台阶的数目确定每个膜台阶的预设光密度值；
[0032] 步骤S2:根据每个膜台阶的预设光密度值和镀膜材料确定每个膜台阶的预设镀膜厚度；
[0033] 本申请的一个实施例中将膜台阶数确定为18个。
[0034] 步骤S3:按照膜台阶的预设镀膜厚度由小到大逐级镀膜，在基板上形成膜台阶，在镀膜的过程中，用基板遮挡已经完成镀膜的膜台阶和不需要镀膜的区域；
[0035] 每个膜台阶的镀膜完成后，测量对应膜台阶的光密度值，并与对应膜台阶的预设光密度值进行比对：
[0036] 当测量的所述光密度值大于对应膜台阶的预设光密度值的时候，采用霍尔离子源用氩离子束轰击减薄对应膜台阶的实际镀膜厚度；
[0037] 当测量的所述光密度值小于对应膜台阶的预设光密度值时，进行二次镀膜；
[0038] 首先，根据基板上膜台阶的数目、以及各膜台阶镀膜时需被遮挡区域的性质和尺寸，制作相适应的遮挡板2。在本申请的一个实施例中，膜台阶确定为18个，第一个膜台阶的镀膜厚度为零，制作与第二个膜台阶至第18个膜台阶镀膜时，被遮挡区域相适应的遮挡板2，供17块遮挡板2。
[0039] 其次，如图2所示，在基片1的背面标示与18个膜台阶的宽度相适应的刻度线，将基片1的镀膜面用洗耳球吹去浮尘后，再用乙醚试剂擦洗后，将基片1放置在宽度为4.5cm的玻璃底片上，防止在镀膜过程中，镀膜材料污染基片1的底面。
[0040] 然后，根据膜台阶预设的镀膜厚度，由小到大依次镀膜。用夹具夹持玻璃底片和基片1，并将其固定在镀膜机的转盘上，根据计算，第1个膜台阶无需镀膜，如图3所示，故固定好玻璃底片和基片1后，将与第1膜台阶相适应的遮挡板2也安装在与所述第1膜台阶相适应的区域上方，关闭镀膜机的舱门。
[0042] 然后开始抽真空，抽至2.1×10-3Pa以下，开始镀膜.开启公转和烘烤，给基片1加热，使膜层与基底黏贴牢固，工件盘转速电压采用180V，转速为2.58s/r。第一次的镀膜厚度设置为 第2膜台阶的镀膜厚度为2.39nm，开启电子枪电源和控制电源，开高压，高压到达10KV以上，调节束流位置与大小，采用 速率进行蒸镀；
[0043] 每个膜台阶的镀膜完成后，需打开舱门，如图4所示，更换与镀制完成的膜台阶宽度相适应的遮挡板2。在第2至第6膜台阶采用 的速率进行蒸镀，在7至第18膜台阶采用 速率进行蒸镀，将全部的膜台阶进行镀膜。
[0044] 当18个膜台阶全部镀膜后，关闭电子枪，关闭烘烤，打开放气阀和分子泵，取出样品，关掉预阀，关真空室门，抽低真空以关闭舱门，将基片1从镀膜机中取出后，待分子泵冷却后，关掉空气压缩机和电源，制作步骤完成。
[0045] 每个膜台阶的镀膜完成后，测量对应膜台阶的光密度值，并与对应膜台阶的预设光密度值进行比对，根据比对结果调整对应膜台阶的实际镀膜厚度，其中，所述根据比对结果调整对应膜台阶的实际镀膜厚度具体为：
[0046] 测量的所述光密度值大于对应膜台阶的预设光密度值的时候，采用霍尔离子源用氩离子束轰击，减薄对应膜台阶的实际镀膜厚度；
[0048] 例如，当第2膜台阶镀膜完成后，放气，取出基片1和玻璃底片，用密度计测试基片1的光密度值。当测量的光密度值小于对应膜台阶的预设光密度值时，实际镀膜厚度小于预设镀膜厚度，根据所测光密度值与预设光密度值的差距计算二次镀膜的厚度，进行二次镀膜；当测量的光密度值大于预设光密度值时，实际镀膜厚度大于计算的标准镀膜厚度，用离子轰击的方法使膜厚减薄。具体操作为，将上述基片1放入镀膜室中，打开霍尔离子源，对膜层进行离子轰击，转速表示数70V，根据超出的光密度值的范围，设定轰击时间，轰击的阳极电压为180V，当膜厚较薄时，即薄膜物理厚度小于25nm，轰击每分钟可减少0.01的光密度值，随着膜厚的增加，即薄膜物理厚度大于25nm，轰击时间应相应增加至5-7分钟。
[0049] 如表1所示，我们列出了本申请的一个具体实施例镀膜过程中的数据，其中，各个膜台阶均进行了膜厚的矫正。通过表格中的数据，我们可以知道通过该方法制备的中性密度滤光片，镀膜厚度的精度非常高，绝对误差可以控制在0.3nm左右。
[0050] 表1：
[0051]
[0052]
[0053] 其中，绝对误差的计算方法为：绝对误差＝测量值-标准值
[0054] 图5示出了按照表1中的数据镀膜后的中性密度滤光片的实物图；
[0055] 图6示出了按照表1中的数据镀膜后的中性滤光片在340nm～900nm的波长范围内的分光光谱图；
[0056] 从上图中可以看出，采用本申请的制备方法制备的中性滤光片精度高，适用的光谱范围宽，可以应用于与多种需要分光的光学器。
[0057] 本申请实施的优点：本申请提供了一种中性密度滤光片的制备方法,包括如下步骤：根据所设滤光片的最大以及最小光密度值和预设的膜台阶的数目确定每个膜台阶的预设光密度值；根据每个膜台阶的预设光密度值和镀膜材料确定每个膜台阶的预设镀膜厚度；按照膜台阶的预设镀膜厚度由小到大逐级镀膜，在基板上形成膜台阶，在每层膜台阶的镀制时，用基板遮挡已经完成镀膜的膜台阶和不需要镀膜的区域；每层膜镀制完成后，用光密度计测量光密度值并与理论计算值比较，若测量值小于标准值，进行二次镀膜；若测量值大于标准值，则采用霍尔离子源用氩离子束轰击技术，用霍尔离子源对膜台阶膜面进行轰击，精确控制轰击参数，减小膜的厚度，直至光密度值达到标准值，最大误差小于±0.01为止。采用上述制备方法，不需要复杂的设备，用相对较低的成本便制备出高精度的多阶梯中性滤光片，在光谱检测领域具有重要意义，可以用于感光材料灵敏度的测量。
[0058] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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